Dokazano je da komponente za zaštitu pumpi štite pumpe od pijeska i produžuju radni vijek elektrofiltra (ESP) u nekonvencionalnim bušotinama. Ovo rješenje kontrolira povratni tok pijeska i drugih krutih tvari koje mogu uzrokovati preopterećenja i zastoje. Omogućena tehnologija uklanja probleme povezane s nesigurnošću raspodjele veličine čestica.
Kako se sve više naftnih bušotina oslanja na ESP-ove, produljenje vijeka trajanja električnih potopnih crpki (ESP) postaje sve važnije. Radni vijek i performanse pumpi za umjetno podizanje osjetljivi su na krute tvari u proizvedenim tekućinama. Radni vijek i performanse ESP-a značajno su se smanjili s povećanjem krutih čestica. Osim toga, krute tvari povećavaju vrijeme zastoja bušotine i učestalost remonta potrebnih za zamjenu ESP-a.
Čvrste čestice koje često teku kroz pumpe za umjetno podizanje uključuju pijesak iz formacije, propante za hidrauličko frakturiranje, cement i erodirane ili korodirane metalne čestice. Tehnologije u bušotinama dizajnirane za odvajanje krutih tvari kreću se od niskoučinkovitih ciklona do visokoučinkovite 3D žičane mreže od nehrđajućeg čelika. Vrtložni desanderi u bušotinama koriste se u konvencionalnim bušotinama desetljećima i prvenstveno se koriste za zaštitu pumpi od velikih čestica tijekom proizvodnje. Međutim, nekonvencionalni bušotine podložne su povremenom protoku, što rezultira time da postojeća tehnologija vrtložnog separatora u bušotinama radi samo povremeno.
Predloženo je nekoliko različitih varijanti kombiniranih ekrana za kontrolu pijeska i vrtložnih desantera u bušotinama za zaštitu elektrostatskih odsipnika (ESP). Međutim, postoje praznine u zaštiti i proizvodnim performansama svih pumpi zbog nesigurnosti u raspodjeli veličine i volumenu krutih tvari koje proizvodi svaka bušotina. Nesigurnost povećava duljinu komponenti za kontrolu pijeska, čime se smanjuje dubina na kojoj se ESP može postaviti, ograničavajući potencijal pada ležišta ESP-a i negativno utječući na ekonomičnost bušotine. Veće dubine postavljanja poželjne su u nekonvencionalnim bušotinama. Međutim, upotreba desantera i muških sidara za isplaku za ovjes dugih, krutih sklopova za kontrolu pijeska u dijelovima kućišta s visokim stupnjem izbočenja ograničava poboljšanja MTBF-a ESP-a. Korozija unutarnje cijevi još je jedan aspekt ovog dizajna koji nije adekvatno procijenjen.
Autori rada iz 2005. godine predstavili su eksperimentalne rezultate separatora pijeska u bušotini temeljenog na ciklonskoj cijevi (slika 1), koji je ovisio o djelovanju ciklona i gravitaciji, kako bi pokazali da učinkovitost separacije ovisi o viskoznosti nafte, brzini protoka i veličini čestica. Pokazuju da učinkovitost separatora uvelike ovisi o terminalnoj brzini čestica. Učinkovitost separacije smanjuje se sa smanjenjem brzine protoka, smanjenjem veličine čvrstih čestica i povećanjem viskoznosti nafte, slika 2. Za tipični separator u bušotini s ciklonskom cijevi, učinkovitost separacije pada na ~10% kako veličina čestica pada na ~100 µm. Osim toga, kako se brzina protoka povećava, vrtložni separator je podložan eroziji, što utječe na vijek trajanja strukturnih komponenti.
Sljedeća logična alternativa je korištenje 2D sita za kontrolu pijeska s definiranom širinom utora. Veličina i raspodjela čestica važni su faktori pri odabiru sita za filtriranje krutih tvari u konvencionalnoj ili nekonvencionalnoj proizvodnji iz bušotina, ali mogu biti nepoznati. Krute tvari mogu dolaziti iz ležišta, ali mogu varirati od pete do pete; alternativno, sito može trebati filtrirati pijesak od hidrauličkog frakturiranja. U oba slučaja, troškovi prikupljanja, analize i testiranja krutih tvari mogu biti previsoki.
Ako 2D filter za cijevi nije pravilno konfiguriran, rezultati mogu ugroziti ekonomičnost bušotine. Premali otvori filtera za pijesak mogu rezultirati preranim začepljenjem, zaustavljanjem rada i potrebom za sanacijskim radovima. Ako su preveliki, omogućuju krutinama da slobodno ulaze u proizvodni proces, što može korodirati naftne cijevi, oštetiti pumpe za umjetno podizanje, isprati površinske prigušnice i ispuniti površinske separatore, što zahtijeva pjeskarenje i odlaganje. Ova situacija zahtijeva jednostavno, isplativo rješenje koje može produžiti vijek trajanja pumpe i pokriti široku distribuciju veličina pijeska.
Kako bi se zadovoljila ta potreba, provedena je studija o korištenju sklopova ventila u kombinaciji s žičanom mrežom od nehrđajućeg čelika, koja je neosjetljiva na raspodjelu rezultirajućih krutih tvari. Studije su pokazale da žičana mreža od nehrđajućeg čelika s promjenjivom veličinom pora i 3D strukturom može učinkovito kontrolirati krute tvari različitih veličina bez poznavanja raspodjele veličine čestica rezultirajućih krutih tvari. 3D žičana mreža od nehrđajućeg čelika može učinkovito kontrolirati zrna pijeska svih veličina, bez potrebe za dodatnom sekundarnom filtracijom.
Sklop ventila postavljen na dnu sita omogućuje nastavak proizvodnje sve dok se elektrostatski odsisavač (ESP) ne izvuče. Sprječava izvlačenje ESP-a odmah nakon što se sito premosti. Rezultirajući sklop sita za kontrolu pijeska na ulazu i ventila štite ESP-ove, pumpe za podizanje šipki i dovršavanje plinskim podizanjem od krutih tvari tijekom proizvodnje čišćenjem protoka fluida i pruža isplativo rješenje za produljenje vijeka trajanja pumpe bez potrebe za prilagođavanjem karakteristika spremnika različitim situacijama.
Dizajn zaštite pumpe prve generacije. Sklop za zaštitu pumpe koji koristi zaslone od nehrđajućeg čelične vune postavljen je u bušotini s gravitacijskom drenažom uz pomoć pare u zapadnoj Kanadi kako bi zaštitio ESP od krutih tvari tijekom proizvodnje. Zasloni filtriraju štetne krute tvari iz proizvodne tekućine dok ulazi u proizvodni niz. Unutar proizvodnog niza tekućine teku do ulaza ESP-a, odakle se pumpaju na površinu. Pakeri se mogu postaviti između zaslona i ESP-a kako bi se osigurala zonska izolacija između proizvodne zone i gornjeg dijela bušotine.
Tijekom vremena proizvodnje, prstenasti prostor između sita i kućišta ima tendenciju premošćivanja pijeskom, što povećava otpor protoku. Na kraju se prsten potpuno premošći, zaustavlja protok i stvara razliku u tlaku između bušotine i proizvodne kolone, kao što je prikazano na slici 3. U ovom trenutku, fluid više ne može teći do elektrostatičkog odsjeka (ESP) i kolona za dovršetak mora se izvući. Ovisno o nizu varijabli povezanih s proizvodnjom krutih tvari, trajanje potrebno za zaustavljanje protoka kroz most krutih tvari na situ može biti kraće od trajanja koje bi omogućilo ESP-u da ispumpa fluid opterećen krutim tvarima srednje vrijeme između kvarova u tlo, pa je razvijena druga generacija komponenti.
Sklop za zaštitu pumpe druge generacije. Sustav za kontrolu pijeska na ulazu PumpGuard* i sklop ventila obješen je ispod pumpe REDA* na slici 4, primjer nekonvencionalnog završetka ESP-a. Nakon što bušotina počne proizvoditi, filter filtrira krute tvari u proizvodnji, ali će se polako početi premošćivati ​​s pijeskom i stvarati razliku u tlaku. Kada ovaj diferencijalni tlak dosegne postavljeni tlak otvaranja ventila, ventil se otvara, omogućujući tekućini da teče izravno u cijevni niz do ESP-a. Ovaj protok izjednačava razliku u tlaku preko filtera, olabavljujući prianjanje vreća s pijeskom na vanjskoj strani filtera. Pijesak se slobodno izbija iz prstena, što smanjuje otpor protoka kroz filter i omogućuje nastavak protoka. Kako diferencijalni tlak pada, ventil se vraća u zatvoreni položaj i nastavljaju se normalni uvjeti protoka. Ponovite ovaj ciklus dok ne bude potrebno izvući ESP iz bušotine radi servisiranja. Studije slučaja istaknute u ovom članku pokazuju da sustav može značajno produžiti vijek trajanja pumpe u usporedbi s izvođenjem samo završetka prosijavanjem.
Za nedavnu instalaciju uvedeno je cjenovno prihvatljivo rješenje za izolaciju područja između žičane mreže od nehrđajućeg čelika i elektrostatskog odlučivača (ESP). Iznad sita postavljen je paker u obliku čašice okrenut prema dolje. Iznad pakera u obliku čašice, dodatne perforacije središnje cijevi osiguravaju put protoka proizvedene tekućine iz unutrašnjosti sita u prstenasti prostor iznad pakera, gdje tekućina može ući u ulaz ESP-a.
Filter od nehrđajućeg čelika s žičanom mrežom odabran za ovo rješenje nudi nekoliko prednosti u odnosu na 2D vrste mreža s razmacima. 2D filteri se prvenstveno oslanjaju na čestice koje premošćuju razmake ili utore filtera kako bi izgradili vreće s pijeskom i osigurali kontrolu pijeska. Međutim, budući da se za sito može odabrati samo jedna vrijednost razmaka, sito postaje vrlo osjetljivo na raspodjelu veličine čestica proizvedene tekućine.
Nasuprot tome, debeli mrežasti sloj filtera od nehrđajućeg čelika osigurava visoku poroznost (92%) i veliko otvoreno područje protoka (40%) za proizvedenu tekućinu iz bušotine. Filter je konstruiran komprimiranjem mreže od nehrđajućeg čelika i njezinim izravnim omatanjem oko perforirane središnje cijevi, a zatim je enkapsulira unutar perforiranog zaštitnog poklopca koji je zavaren na središnju cijev na svakom kraju. Raspodjela pora u mrežastom sloju, neujednačena kutna orijentacija (u rasponu od 15 µm do 600 µm) omogućuje bezopasnim finim česticama da teku duž 3D putanje protoka prema središnjoj cijevi nakon što se veće i štetne čestice zarobe unutar mreže. Ispitivanje zadržavanja pijeska na uzorcima ovog sita pokazalo je da filter održava visoku propusnost jer se tekućina generira kroz sito. Učinkovito, ovaj filter jedne "veličine" može podnijeti sve raspodjele veličine čestica proizvedenih tekućina s kojima se susrećemo. Ovaj zaslon od nehrđajućeg čelika razvio je veliki operater 1980-ih posebno za samostalno dovršavanje zaslona u ležištima stimuliranim parom i ima opsežan uspjeh u instalacijama.
Sklop ventila sastoji se od ventila s oprugom koji omogućuje jednosmjerni protok u cijevni niz iz proizvodnog područja. Podešavanjem prednaprezanja spiralne opruge prije ugradnje, ventil se može prilagoditi kako bi se postigao željeni tlak otvaranja za primjenu. Obično se ventil postavlja ispod žičane mreže od nehrđajućeg čelika kako bi se osigurao sekundarni put protoka između spremnika i elektrostatskog odsisavača (ESP). U nekim slučajevima, više ventila i mreža od nehrđajućeg čelika rade serijski, pri čemu srednji ventil ima niži tlak otvaranja od najnižeg ventila.
Tijekom vremena, čestice formacije ispunjavaju prstenasto područje između vanjske površine zaštitnog sita sklopa pumpe i stijenke proizvodnog kućišta. Kako se šupljina puni pijeskom i čestice se konsolidiraju, pad tlaka na vreći s pijeskom se povećava. Kada ovaj pad tlaka dosegne unaprijed određenu vrijednost, konusni ventil se otvara i omogućuje protok izravno kroz ulaz pumpe. U ovoj fazi, protok kroz cijev može razbiti prethodno konsolidirani pijesak duž vanjske strane sita filtera. Zbog smanjene razlike tlaka, protok će se nastaviti kroz sito, a usisni ventil će se zatvoriti. Stoga pumpa može vidjeti protok izravno iz ventila samo kratko vrijeme. To produžuje vijek trajanja pumpe, jer većinu protoka čini tekućina filtrirana kroz sito pijeska.
Sustav zaštite pumpe korišten je s pakerima u tri različite bušotine u bazenu Delaware u Sjedinjenim Državama. Glavni cilj je smanjiti broj pokretanja i zaustavljanja ESP-a zbog preopterećenja povezanih s pijeskom i povećati dostupnost ESP-a radi poboljšanja proizvodnje. Sustav zaštite pumpe ovješen je s donjeg kraja ESP niza. Rezultati naftne bušotine pokazuju stabilne performanse pumpe, smanjene vibracije i intenzitet struje te tehnologiju zaštite pumpe. Nakon ugradnje novog sustava, vrijeme zastoja povezano s pijeskom i krutim tvarima smanjeno je za 75%, a vijek trajanja pumpe povećan je za više od 22%.
Bunar. ESP sustav instaliran je u novom bušotinskom i frakturnom bušotini u okrugu Martin u Teksasu. Vertikalni dio bušotine je otprilike 9000 stopa, a horizontalni dio se proteže do 12 000 stopa, izmjerene dubine (MD). Za prva dva završetka, ugrađen je sustav vrtložnog separatora pijeska u bušotini sa šest priključaka obloge kao sastavni dio završetka ESP-a. Za dvije uzastopne instalacije koje su koristile istu vrstu separatora pijeska, uočeno je nestabilno ponašanje radnih parametara ESP-a (intenzitet struje i vibracije). Analiza rastavljanja izvučene ESP jedinice otkrila je da je sklop vrtložnog separatora plina začepljen stranim tvarima, za koje je utvrđeno da su pijesak jer nisu magnetski i ne reagiraju kemijski s kiselinom.
U trećoj instalaciji ESP-a, žičana mreža od nehrđajućeg čelika zamijenila je separator pijeska kao sredstvo kontrole pijeska u ESP-u. Nakon ugradnje novog sustava zaštite pumpe, ESP je pokazao stabilnije ponašanje, smanjujući raspon fluktuacija struje motora s ~19 A za instalaciju br. 2 na ~6,3 A za instalaciju br. 3. Vibracije su stabilnije, a trend je smanjen za 75%. Pad tlaka također je bio stabilan, vrlo malo fluktuirajući u usporedbi s prethodnom instalacijom, te je dobio dodatnih 100 psi pada tlaka. Isključivanja ESP-a zbog preopterećenja smanjena su za 100%, a ESP radi s niskim vibracijama.
Bušotina B. U jednoj bušotini u blizini Eunicea u Novom Meksiku, druga nekonvencionalna bušotina imala je instaliran ESP, ali bez zaštite pumpe. Nakon početnog pada pri pokretanju, ESP je počeo pokazivati ​​nepravilno ponašanje. Fluktuacije struje i tlaka povezane su s vibracijskim skokovima. Nakon održavanja ovih uvjeta tijekom 137 dana, ESP je otkazao i instaliran je zamjenski. Druga instalacija uključuje novi sustav zaštite pumpe s istom konfiguracijom ESP-a. Nakon što je bušotina nastavila proizvodnju, ESP je radio normalno, sa stabilnom amperažom i manje vibracija. U vrijeme objave, druga instalacija ESP-a dosegla je preko 300 dana rada, što je značajno poboljšanje u odnosu na prethodnu instalaciju.
Bušotina C. Treća instalacija sustava na licu mjesta bila je u Mentoneu u Teksasu, a instalirala ju je tvrtka specijalizirana za naftu i plin koja je doživjela prekide rada i kvarove elektrostatičkog odsisača (ESP) zbog proizvodnje pijeska te je htjela poboljšati vrijeme rada pumpe. Operateri obično koriste separatore pijeska u bušotinama s oblogom u svakoj ESP bušotini. Međutim, nakon što se obloga napuni pijeskom, separator će omogućiti pijesku da teče kroz dio pumpe, što će uzrokovati koroziju stupnja pumpe, ležajeva i osovine, što rezultira gubitkom uzgona. Nakon pokretanja novog sustava sa zaštitom pumpe, ESP ima 22% dulji radni vijek sa stabilnijim padom tlaka i boljim vremenom rada povezanim s ESP-om.
Broj isključenja povezanih s pijeskom i krutim tvarima tijekom rada smanjio se za 75%, s 8 događaja preopterećenja u prvoj instalaciji na dva u drugoj instalaciji, a broj uspješnih ponovnih pokretanja nakon isključenja zbog preopterećenja povećao se za 30%, s 8 u prvoj instalaciji. U sekundarnoj instalaciji izvedeno je ukupno 12 događaja, odnosno ukupno 8 događaja, čime je smanjeno električno opterećenje opreme i povećan radni vijek ESP-a.
Slika 5 prikazuje nagli porast usisnog tlaka (plavo) kada je mreža od nehrđajućeg čelika blokirana i sklop ventila otvoren. Ovaj tlak može dodatno poboljšati učinkovitost proizvodnje predviđanjem kvarova ESP-a povezanih s pijeskom, tako da se mogu planirati zamjenske operacije s remontnim platformama.
1 Martins, JA, ES Rosa, S. Robson, „Eksperimentalna analiza vrtložne cijevi kao uređaja za odvajanje pijeska iz bušotine“, SPE rad 94673-MS, predstavljen na SPE konferenciji o naftnom inženjerstvu Latinske Amerike i Kariba, Rio de Janeiro, Brazil, 20. lipnja – 23. veljače 2005. https://doi.org/10.2118/94673-MS.
Ovaj članak sadrži elemente iz SPE rada 207926-MS, predstavljenog na Međunarodnoj izložbi i konferenciji o nafti u Abu Dhabiju, UAE, od 15. do 18. studenog 2021.
Svi materijali podliježu strogo provođenim zakonima o autorskim pravima, molimo pročitajte naše Uvjete i odredbe, Pravila o kolačićima i Pravila o privatnosti prije korištenja ove stranice.